油井水泥浆性能试验

中国石油大学中国石油大学钻井工程钻井工程实验报告实验报告 实验日期 实验日期 成绩 成绩 班级 班级 学号 学号 姓名 姓名 教师 教师 同组者同组者 油井水泥浆性能实验油井水泥浆性能实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握油井水泥浆的制备方法 2 掌握测定水泥浆密度 流变性能和稠化时间的原理 实验流程及步骤 二 实验原理二 实验原理 1 水泥浆密度 水泥浆密度是由配制水泥浆的水泥 配浆水 外加剂和外掺料等材料的密 度和掺量决定的 实验中使用 YM 型钻井液密度计测量水泥浆的密度 该仪器是不等臂杠杠测 试仪器 杠杠左端为盛液杯 右端连接平衡筒 当盛液杯盛满被测试液体时 移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置 此时砝码左侧边所对应的刻度线就 是所测试液体的密度 2 水泥浆流变性能 大多数水泥浆表现出复杂的非牛顿流体特征 一般来说 水泥浆属于剪切 稀释型流体 描述水泥浆流变性质最常用的流变模式为宾汉塑性模式和幂律模 式 1 宾汉塑性模式 yp 2 幂律模式 n k n 幂律系数 无量纲量 k 稠度系数 n Pa S 实验中使用六转速粘度计测量水泥浆的流变性能 该仪器是以电动机为动力 的旋转型仪器 被测试液体处于两个同心圆筒间的环形空间内 通过变速传动 外转筒以恒速旋转 外转筒通过被测试液体作用于内筒产生一个转矩 使同扭 簧连接的内筒旋转了一个相应角度 依据牛顿定律 该转角的大小与液体的粘 度成正比 于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量 记录表盘参数 通过 以下方法计算水泥浆的流变参数 200100300100 F 幂律模式流变参数 n K n 511 511 0 lg092 2 300 100 300 宾汉塑性模式流变参数 po p 511511 0 0015 0 300 100300 0 50 03 式中 F 流变模式判别系数 无量纲 300 转速 300r min 读数 200 转速 200r min 读数 100 转速 100r min 读数 首先 判别流变模式 0 50 03 宾汉塑性模式 幂律模式 然后 计算流变参数 3 水泥浆稠化时间 稠化时间是指从水泥浆配浆开始到水泥浆注入稠化仪中 在实际井温和压 力条件下 水泥浆稠度达到 100 Bc 所经历的时间 实验中使用常压稠化仪测量水泥浆的稠化时间 配制好水泥浆后 随着水 泥水化 水泥浆不断变稠 稠化仪浆叶旋转剪切水泥浆的阻力增大 使安装在 电位计上的弹簧扭矩及其指针旋转角度也相应增大 电位计的阻值及电压也随 之增大 因此 电位计所反映出来的电压值 不仅表示了弹簧扭矩的大小 也 反映了测量水泥浆稠度值的大小 三 实验设备三 实验设备 1 YM 液体密度计 2 六转速粘度计 3 稠化仪 4 其它仪器 四 实验步骤四 实验步骤 1 确定水灰比步骤 配制水泥浆之前必须确定水灰比 合理的水灰比是保证水泥环具有足够的 抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提 表表 1 1 APIAPI 的水灰比 的水灰比 W CW C 标准 标准 水泥级 别 ABCDEFGH 水泥级 别 浆体密 度 g cm3 1 871 871 781 971 961 941 8951 974 浆体密 度 g cm3 水灰比 W C 0 460 460 560 380 380 380 440 38 水灰比 W C 2 水泥浆制备步骤 在电子天平上称一定质量的水 300g G 级油井水泥 600 g 和氯化 钙 18g 并将氯化钙溶解于水中 将 300 g 水倒入搅拌杯中 搅拌器以低速 4000 转 分 转动 并在 15 秒内加完 600g 水泥 盖上搅拌杯盖子 在高速 12000 转 分 下继续搅拌 35 秒即制备得到 水泥浆 即仪器 标准 1 程序 3 水泥浆密度测试步骤 移开泥浆杯上的盖子 将配好的水泥浆注入密度计浆杯内 将杯盖慢慢向下旋转让多余的水泥浆从流孔溢出 保证水泥浆充满整个 浆杯 再用拇指堵住流孔 用清水冲洗浆杯外部并擦干 然后将密度计放置在支架上 使刀口边缘位于支架上 移动游码使支架内气泡居中 读数 游码所标示数值即为水泥浆密度 记录水泥浆密度数据及实验温度条件 测试完毕 将盛液杯中的水泥浆倒掉 清洗实验仪器 4 水泥浆流变性能测试步骤 将制备好的水泥浆倒入常压稠度仪样品筒中 于所测试温度下先稠化 20 分钟 然后将水泥浆倒入粘度计样品筒中 水泥浆液面达到外筒刻度线标记高 度 先在 600 转 分下旋转 60 秒后读数 然后按 20 秒间隔依次由高速到低 速 300 200 100 6 3 转 分连续测量 依次测其读数并记录在表 2 中 测试完毕 将水泥浆倒掉 清洗实验仪器 5 水泥浆稠化时间测试步骤 标定常压稠化仪指示计 安装好电位计及稠化浆叶 将制备好的水泥浆倒入稠化仪样品筒中 安 装电位计 然后放入稠化仪水浴中 启动电机进行稠化 设定稠化温度 参照稠化仪说明书 记录不同时刻时水泥浆的稠度值于表 4 中 记录水泥浆稠度达到 100 Bc 时所需要的时间 也即水泥浆稠化时间 清洗实验仪器 实验结束 五 数据处理五 数据处理 组号 5 1 水泥浆配方 1 400g 水泥 0 56 水灰 2 500g 水泥 0 56 水灰 3 15g 氯化钙 2 水泥浆密度 实验的温度及压力条件 室温 0 1MPa 水泥浆密度 1 81g cm3 3 水泥浆的流变性能 实验的温度及压力条件 室温 0 1MPa 水泥浆的流变参数 表表 2 2 粘度计读数粘度计读数 转速 r min 36100200300600 粘度计读 数 1218446072 不计 水泥浆的流变模式 60 44 72 44 0 57 所以 该水泥浆为幂律模式 n 2 092 lg 300 100 0 48 k 0 511 300 511n 1 84 g 1 81 9 8 17 738 k n 1 84 17 7380 48 7 32Pa 4 测定水泥浆的稠化时间 表表 3 3 不同时间的水泥浆稠度不同时间的水泥浆稠度 时间 min 051015202526 稠度 Bc 5 113 514 515 419 627 830 稠度误差为 0 4 做时间 稠度图 200100300100 F 由上图知 5 至 15 分钟泥浆稠度基本未变 15 分钟后 泥浆的稠度开始线性变 化 因此 取 15 分钟后的相关数据作稠化时间曲线 所以 当稠度为 100Bc 时 求得稠化时间为 t